专利名称：金属-介质-金属结构的表面等离子体型平坦多信道滤波器的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及到表面等离子体效应、光电器件、光通信与光电信号处理等领域，尤其涉及一种金属-介质-金属结构的表面等离子体效应型平坦多信道滤波器。
背景技术：
表面等离子体(surface plasmons, SPs)或者表面等离子体激元(surfacePlasmon polaritions, SPPs)是局域在金属-介质(又可称之为电介质、绝缘体)界面的一种特殊电磁场形式，它沿着金属表面传播，且垂直于界面向两侧指数衰减。由于它独特的表面传播特性，基于SPP的金属纳米结构能够将光局限在亚波长尺度内，因此在未来纳米集成光路中具有重要应用价值。其中，金属-介质-金属(metal-1nsulator-metal, MIM,又可称之为金属-电介质-金属或金属-绝缘体-金属)波导是一种典型的SPP波导或器件结构，它能够把表面等离子体波束缚在更小的范围内，有利于实现更高集成度的光子器件和回路；另外，它结构非常简单，便于制作加工。基于MM结构器件的类型较多，常见包括滤波器、耦合器、分束器、透镜等，相关论文包括:j_)W.L.Barnes, A.Dereux, T.W.Ebbesen.Surface PlasmonSubwavelength Optics [J].Nature, 2003, 424, 824 - 830 ；2) Z.Sun, Η.K.Kim.RefractiveTransmission of Light and Beam Shaping with Metallic Nano-optic Lenses[J].Applied Physics Letters, 2004, 85 (4), 642 ；3)B.Wang, G.P.Wang.Plasmon BraggReflectors and Nanocavities on Flat Metallic Surfaces[J].Applied PhysicsLetters, 2005，87，013107。具体到滤波器这一通信与信号处理中不可或缺的器件，目前国内外有很多关于基于MIM波导的SPP型滤波器的报道，包括环形谐振腔滤波器，锯齿形滤波器，布拉格光栅滤波器，波分复用(WDM)滤波器结构等，诸如:1) Sanshui Xiao, LiuLiu, and Min Qiu.Resonator channel drop filters in a plasmon-polaritonsmetal [J].0ptics Express,2`006,Vol.14, N0.7, 2932-2937;2)Xianshi Lin,XuguangHuang.Tooth-shaped plasmonic waveguide filters with nanometeric sizes[J].0ptics Letters, 2008, Vol.33, N0.23, 2877-2879;3) Bing Wang, Guoping Wang.PlasmonBragg reflectors and nanocavities on flat metallic surface[J].Applied PhysicsLetters,2005,87,013107;4)Xian Mei,Xuguang Huang, Jin Tao,Jiahu Zhu,YunjinZhu, and Xiaopin Jin, A wavelength demultiplexing structure based on plasmonicMDM side-coupled cavities[J].Journal of the Optical Society of America B,2008，Vol.27，N0.12，2707-2713。上述滤波器属于单信道滤波或单端口中单信道滤波；相对于单信道滤波器，多信道梳状滤波器(或单端口多信道滤波器)也是通信和信号处理领域极为关键的器件。但目前关于SPP型多信道滤波器的研究和报道还比较少。例如，Y.Gong等人设计了一种基于MIM波导的准周期序列光栅结构的多信道滤波器，数值仿真结果显示:在1.2 1.8μπι波长范围内得到10个反射信道；由于此文献未考虑MM波导内的波长相关性损耗，无法定量度量信道之间平坦度(Yongkang Gong, Xueming Liu, and LeiranWang.High—channel—count plasmonic filter with the metal -1nsulator - metalFibonacc1-sequence gratings [J]，Optics Letters, 2010，Vol.35，N0.3，285-287.)。H.Lu等人在MIM波导中引入了盘形纳米微腔结构，在0.5 0.7μπι波长范围内仿真得到了 4个反射峰，虽然在仿真过程中考虑到了损耗，但其信道平坦度约为7dB，因而信道平坦度性倉泛不够。(Hua Lu, Xueming Liu, Yongkang Gong, Leiran Wang, Dong Ma0.Mult1-channelplasmonic waveguide filters with disk-shaped nanocavities[J], Optics Communications, 2011，Vol.284，N0.10-11，2613-2617)根据以上分析可知，目前基于MM波导的SPP型多信道滤波器的平坦度问题尚未得到很好的解决、或者亟待大幅度改进；而平坦度是衡量多信道到滤波器的一个关键指标，它直接影响多信道并行处理的一致性、功率均衡等。因此，为了实现优异的信道平坦度，本发明提出了一种基于MM波导的表面等离子体效应(SPP)型平坦多信道滤波器。
发明内容
鉴于以上陈述的基于MM波导的SPP型多信道滤波器的平坦度差的问题，本发明旨在提供一种基于MM波导的·SPP型平坦多信道滤波器，在信道之间获得优异的平坦度。本发明公布了一种基于金属-介质-金属结构的表面等离子体型多信道滤波器，由两块金属夹层以及金属夹层之间介质层组成；其特征在于:所述的介质层包含多个交替排列的介质一和介质二，形成结构一致的N个周期，每个周期由K个子周期构成，每个子周期包含一个介质一和一个介质二，第N个周期内第K个子周期缺省一个介质二，其中N、K为正整数；在每个周期结构中，K个介质一的折射率都为Ill，其长度按线性规律递增，介质二的长度固定为Lb，折射率为n2，其中介质一的长度远小于介质二的长度。所述滤波器的具体结构如
图1所示。在两块金属夹层之间，插入N个由两种不同折射率介质(或称之为电介质、绝缘体)交替排列构成的周期，其高度(z方向上)均为45nm;所述的N个周期结构一致，由K个子周期构成，每个子周期包含一个高折射率介质(介质一)和一个低折射率介质(介质二)，第N个周期内第K个子周期缺省一个低折射率介质，其中N、K为正整数；在每个周期结构中，K个介质一的折射率都为Ii1，其X方向上的长度按线性规律递增，分别表示为L1, L2....Lih, Lk ;介质二的长度固定为Lb，折射率为n2。这里，Ii1> n2,而且介质一的长度(L1, L2....Lk^1, Lk)远小于介质二的长度(Lb)。L1, L2....Lk^1, Lk的线性递增规律为:L1 = (I1Lk = Cl1+ (k~l) d2 (I)其中，(I1为基本长度，d2为渐变步长或递增步长。由于介质一的长度都远小于介质二的长度，因此我们可以将L1, Lb, L2看作为一个Fabry-Perot(F-P)谐振腔；依次类推，整个由介质层构成的滤波器可视为多个级联的F-P谐振腔，其总传输矩阵可以简写为:
权利要求
1.一种基于金属-介质-金属结构的表面等离子体型多信道滤波器，由两块金属夹层以及金属夹层之间介质层组成；其特征在于:所述的介质层包含多个交替排列的介质一和介质二，形成结构一致的N个周期，每个周期由K个子周期构成，每个子周期包含一个介质一和一个介质二，第N个周期内第K个子周期缺省一个介质二，其中N、K为正整数；在每个周期结构中，K个介质一的折射率都为Ill，其长度按线性规律递增，介质二的长度固定为Lb，折射率为n2，其中介质一的长度远小于介质二的长度。
2.如权利要求1所述的基于金属-介质-金属结构的多信道滤波器，其中所述介质一和介质一的折射率关系 为A1 > n2。
全文摘要
本发明公开了一种基于金属-介质-金属结构的表面等离子体型平坦多信道滤波器。它由两块金属夹层、以及金属夹层之间两种不同折射率介质交替排列的N个周期组成；所述的N个周期结构一致，由K个子周期构成，每个子周期包含一个高折射率介质(介质一)和一个低折射率介质(介质二)，第N个周期内第K个子周期缺省一个低折射率介质。所述的N周期，每个周期中K个高折射率介质的长度以相同的规律线性递增，提高多个滤波信道处色散损耗的一致性，实现多信道平坦滤波。基于本发明实现的表面等离子体效应型平坦多信道滤波器在光通信与光电信号处理、小型化集成光电子器件与模块中具有重要应用。
文档编号G02B5/20GK103076647SQ20131001355
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月15日 优先权日2013年1月15日
发明者罗昕, 邹喜华, 潘炜, 周志, 罗斌, 闫连山 申请人:西南交通大学